Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Signalanalyse
und Signalsynthese.The
The invention relates to a method and apparatus for signal analysis
and signal synthesis.
In
der Signalanalysetechnik ist es häufig notwendig, breitbandige
Signale, welche aus einer Mehrzahl von einzelnen Teilsignalen bestehen,
zu untersuchen. Dabei wird herkömmlicherweise mit einem
Bandpassfilter ein zu betrachtender Teil des breitbandigen Signals
herausgegriffen und dieses Teilsignal einzeln analysiert. Um so
jedoch das gesamte breitbandige Signal zu untersuchen, ist ein großer
Aufwand notwendig.In
Of the signal analysis technology, it is often necessary broadband
Signals which consist of a plurality of individual sub-signals,
to investigate. This is conventionally with a
Bandpass filter a part of the broadband signal to be considered
singled out and analyzed this partial signal individually. All right
however, to study the entire broadband signal is a big one
Effort necessary.
Die
deutsche Offenlegungsschrift DE 101 13 878 A1 zeigt eine Vorrichtung zur
Zerlegung eines Signals. Dabei wird das breitbandige Eingangssignal zunächst
abgetastet und in ein digitales Signal gewandelt. Anschließend
wird es in einzelne Teilbandsignale aufgeteilt. Ein Teil dieser
Teilbandsignale wird anschließend zu einem reduzierten
Ausgangssignal zusammengefasst. Der Aufwand, dieses reduzierte Ausgangssignal
zu analysieren, ist geringer als der Aufwand zur Analyse des Eingangssignals.
Nachteilhaft ist hier jedoch, dass lediglich ein festes Kanalraster
verarbeitet werden kann. Die Untersuchung gänzlich unbekannter
Signale ist so nicht möglich. Weiterhin ergibt sich auch
hier ein hoher Verarbeitungsaufwand, da die Mittel zur Zerlegung
und Zusammenfassung der Signale jeweils nur in einem engen Frequenzbereich
arbeiten. Es müssen so Mittel für eine Vielzahl
von Frequenzbereichen vorgehalten werden.The German patent application DE 101 13 878 A1 shows a device for decomposing a signal. The broadband input signal is first sampled and converted into a digital signal. It is then split into individual subband signals. Some of these subband signals are then combined to form a reduced output signal. The effort to analyze this reduced output signal is less than the effort required to analyze the input signal. The disadvantage here, however, that only a fixed channel grid can be processed. The investigation of completely unknown signals is not possible. Furthermore, there is also a high processing overhead, since the means for decomposition and summary of the signals only work in a narrow frequency range. It must be held so funds for a variety of frequency ranges.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, welche eine aufwandsarme Untersuchung unbekannter Signale
ermöglichen.Of the
Invention is based on the object, a method and an apparatus
to create a low-cost study of unknown signals
enable.
Eine
erfindungsgemäße Signalverarbeitungsvorrichtung
beinhaltet eine Signalanalyseeinrichtung, eine Signalsyntheseeinrichtung
und eine Detektionseinrichtung. Die Signalanalyseeinrichtung empfängt
ein Eingangssignal und erzeugt daraus mehrere Teilbandsignale. Die
Signalsyntheseeinrichtung erzeugt aus zumindest einem Teilbandsignal
zumindest ein Ausgangssignal. Die Detektionseinrichtung bestimmt
automatisch, aus welchen Teilbandsignalen die Signalsyntheseeinrichtung
das Ausgangssignal erzeugt. So werden mit geringem Aufwand relevante
Signalanteile zusammengefasst.A
Signal processing device according to the invention
includes a signal analyzer, a signal synthesizer
and a detection device. The signal analyzer receives
an input signal and generates from it a plurality of subband signals. The
Signal synthesis device generates from at least one subband signal
at least one output signal. The detection device determines
automatically from which subband signals the signal synthesizer
the output signal is generated. So with little effort relevant
Signal components combined.
Die
Detektionseinrichtung bestimmt bevorzugt die Leistung in mehreren
Teilbändern des Eingangssignals. Die Detektionseinrichtung
bestimmt bevorzugt automatisch anhand der Leistungen der Teilbandsignale,
aus welchen Teilbandsignalen die Signalsyntheseeinrichtung das Ausgangssignal
erzeugt. So kann mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, welche Teilbandsignale
weiterverarbeitet werden sollen.The
Detection device preferably determines the power in several
Subbands of the input signal. The detection device
preferably determines automatically based on the powers of the subband signals,
from which subband signals the signal synthesis device the output signal
generated. Thus it can be determined with high accuracy which subband signals
should be further processed.
Die
Signalsyntheseeinrichtung erzeugt vorteilhafterweise aus mehreren
Teilbandsignalen zumindest ein Ausgangssignal. Die Signalsyntheseeinrichtung
verarbeitet vorteilhafterweise die mehreren Teilbandsignale parallel.
So ist der Aufbau der Signalsyntheseeinrichtung mit nur sehr geringem
Aufwand möglich. Eine konstante maximale Verarbeitungszeit wird
so erreicht.The
Signal synthesizer advantageously generates several
Subband signals at least one output signal. The signal synthesis device
advantageously processes the multiple subband signals in parallel.
So is the structure of the signal synthesis device with only a very small
Effort possible. A constant maximum processing time will be
achieved this way.
Die
Signalsyntheseeinrichtung erzeugt bevorzugt aus mehreren auf der
Frequenzachse benachbarten Teilbandsignalen ein gemeinsames Ausgangssignal.
So ist die Verarbeitung breitbandiger Eingangssignale, welche in
mehrere Teilbandsignale aufgeteilt werden, möglich.The
Signal synthesizer preferably generates several on the
Frequency axis adjacent subband signals a common output signal.
Such is the processing of broadband input signals which are in
several subband signals are split, possible.
Vorteilhafterweise
tastet die Signalanalyseeinrichtung das Eingangssignal mit einer
ersten Abtastrate ab, welche zumindest der doppelten in dem Eingangssignal
vorkommenden Frequenz entspricht. Bevorzugt erzeugt die Signalsyntheseeinrichtung das
zumindest eine Ausgangssignal mit einer zweiten Abtastrate. Bevorzugt
bestimmt die Signalsyntheseeinrichtung die zweite Abtastrate derart,
dass sämtliche in dem zumindest einen Teilbandsignal, aus
welchem sie das Ausgangssignal erzeugt, enthaltenen Informationen
in dem Ausgangssignal enthalten sind. Die zweite Abtastrate ist
bevorzugt geringer oder gleich der ersten Abtastrate. So wird der Aufwand
der weiteren Verarbeitung reduziert.advantageously,
the signal analyzer samples the input signal with a
first sampling rate, which is at least twice that in the input signal
occurring frequency corresponds. Preferably, the signal synthesis device generates the
at least one output signal having a second sampling rate. Prefers
the signal synthesis device determines the second sampling rate in such a way
that all in the at least one subband signal, from
which it generates the output information contained
contained in the output signal. The second sampling rate is
preferably less than or equal to the first sampling rate. That's the effort
reduced further processing.
Die
Signalverarbeitungsvorrichtung beinhaltet vorteilhafterweise eine
Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung analysiert
bevorzugt das zumindest eine Ausgangssignal. So ist eine aufwandsarme
zuverlässige Weiterverarbeitung gewährleistet.The
Signal processing device advantageously includes a
Processing device. The processing device analyzed
prefers the at least one output signal. So is a low-effort
reliable processing guaranteed.
Die
Signalverarbeitungsvorrichtung beinhaltet bevorzugt eine Speichereinrichtung.
Zumindest ein Teilbandsignal wird bevorzugt von der Speichereinrichtung
gespeichert. So können die Teilbandsignale trotz Zeitverzögerung
durch die Detektion in Echtzeit verarbeitet werden.The
Signal processing device preferably includes a memory device.
At least one subband signal is preferred by the memory device
saved. So the subband signals despite time delay
be processed by the detection in real time.
Bevorzugt
beinhaltet die Signalanalyseeinrichtung eine erste Polyphasenfilterbank.
Bevorzugt beinhaltet die Signalsyntheseeinrichtung eine zweite Polyphasenfilterbank.
So ist eine einfache, aufwandsarme Transformation gewährleistet.Prefers
The signal analysis device includes a first polyphase filter bank.
The signal synthesis device preferably includes a second polyphase filter bank.
This ensures a simple, low-effort transformation.
Zumindest
die Signalanalyseeinrichtung, die Detektionseinrichtung und die
Signalsyntheseeinrichtung sind bevorzugt durch zumindest ein feldprogrammierbares
Gatter Array (FPGA) oder eine applikationsspezifische integrierte
Schaltung (ASIC) realisiert. So kann der Aufwand der Herstellung
und Entwicklung der Vorrichtung weiter reduziert werden.At least the signal analysis device, the detection device and the signal synthesis device are preferably implemented by at least one field-programmable gate array (FPGA) or an application-specific integrated circuit (ASIC). Thus, the cost of production and Ent winding the device can be further reduced.
Das
Eingangssignal beinhaltet bevorzugt mehrere Teilsignale. Die Signalverarbeitungseinrichtung
verarbeitet die mehreren Teilsignale bevorzugt sequentiell. Die
von der Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung eines Teilsignals
benötigte Verarbeitungszeit ist bevorzugt direkt proportional
zu der Bandbreite des jeweiligen Teilsignals. So ist lediglich ein
geringer Ressourceneinsatz notwendig um mehrere Teilsignale zu verarbeiten.The
Input signal preferably includes a plurality of sub-signals. The signal processing device
preferably processes the multiple sub-signals sequentially. The
from the signal processing device for processing a partial signal
required processing time is preferably directly proportional
to the bandwidth of the respective sub-signal. It's just one
Low use of resources necessary to process several partial signals.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:following
the invention with reference to the drawing, in which an advantageous
Embodiment of the invention is shown, by way of example
described. In the drawing show:
1 ein
erstes beispielhaftes Signal zur Erläuterung der Erfindung; 1 a first exemplary signal for explaining the invention;
2a ein
zweites beispielhaftes Signal zur Erläuterung der Erfindung; 2a a second exemplary signal for explaining the invention;
2b ein
drittes beispielhaftes Signal zur Erläuterung der Erfindung; 2 B a third exemplary signal for explaining the invention;
3 ein
viertes beispielhaftes Signal zur Erläuterung der Erfindung; 3 a fourth exemplary signal for explaining the invention;
4 ein
fünftes beispielhaftes Signal zur Erläuterung
der Erfindung; 4 a fifth exemplary signal for explaining the invention;
5 ein
erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; 5 a first embodiment of the device according to the invention;
6 ein
zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; 6 a second embodiment of the device according to the invention;
7 ein
drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; 7 a third embodiment of the device according to the invention;
8 in
einem Diagramm die Bandbreite und den Verarbeitungszeitbedarf mehrerer
beispielhafter Signale bei Verarbeitung mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und 8th in a diagram, the bandwidth and the processing time requirements of several exemplary signals when processed with a device according to the invention, and
9 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens. 9 a block diagram of an embodiment of the method according to the invention.
Zunächst
wird anhand der 1–4 die zugrundeliegende
Problematik und das der Erfindung zugrunde liegende Konzept erläutert.
Mittels 5–8 wird
anschließend der Aufbau und die Funktionsweise verschiedener
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung veranschaulicht. Anhand der 9 wird abschließend
die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens gezeigt. Identische Elemente werden in ähnlichen
Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.First, based on the 1 - 4 explains the underlying problem and the underlying concept of the invention. through 5 - 8th Subsequently, the structure and operation of various embodiments of the device according to the invention is illustrated. Based on 9 Finally, the operation of an embodiment of the method according to the invention is shown. Identical elements are not repeatedly shown and described in similar figures.
1 zeigt
ein erstes beispielhaftes Signal. Das Breitbandsignal ist aus zwei
Teilsignalen 10, 11 zusammengesetzt. Das beispielhafte
Signal wird im Frequenzbereich dargestellt. D. h. das Signal besteht aus
einem niederfrequenten Teilsignal 10 und einem hochfrequenten
Teilsignal 11. Erfindungsgemäß wird das
breitbandige Signal in eine Mehrzahl von Teilbandsignalen aufgespalten.
Dargestellt sind hier die dazu eingesetzten Filter 12, 13, 14 und 15.
Die Teilsignale 10, 11 werden jeweils von einem
Filter 12, 14 erfasst. Zur Reduktion der Bandbreite
des breitbandigen Signals und zur Reduktion des Arbeitsaufwands werden
lediglich Teilbandsignale, welche eine Leistung über einer
bestimmten Schwelle aufweisen, weiterverarbeitet. Im Beispiel weisen
lediglich die von den Filtern 12, 14 abgedeckten
Teilbandsignale eine ausreichend hohe Leistung auf. 1 shows a first exemplary signal. The wideband signal is composed of two sub-signals 10 . 11 composed. The exemplary signal is displayed in the frequency domain. Ie. the signal consists of a low-frequency partial signal 10 and a high-frequency sub-signal 11 , According to the invention, the broadband signal is split into a plurality of subband signals. Shown here are the filters used for this purpose 12 . 13 . 14 and 15 , The partial signals 10 . 11 each of a filter 12 . 14 detected. To reduce the bandwidth of the broadband signal and to reduce the workload, only subband signals which have a power above a certain threshold are further processed. In the example, only those of the filters 12 . 14 Covered subband signals on a sufficiently high performance.
2a und 2b zeigen
aus den von den Filtern 12, 14 bestimmten Teilbandsignalen
aus 1 erzeugte Ausgangssignale. Das jeweilige Ausgangssignal
wird ebenfalls im Frequenzbereich dargestellt. In 2a ist
das Teilsignal 16 dargestellt, welches dem Teilsignal 10 aus 1 entspricht.
In 2b ist das Teilsignal 17 dargestellt,
welches dem Teilsignal 11 aus 1 entspricht.
Deutlich erkennbar ist, dass die maximale Frequenz der hier dargestellten
Signale 16, 17 deutlich geringer als die maximale
Frequenz des Gesamtsignals aus 1 ist. Eine
Reduktion der Abtastrate und damit des weiteren Verarbeitungsaufwands
ist so möglich. Gegenüber dem Signal aus 1 wurden
jeweils Teilbandsignale, welche eine lediglich sehr geringe Leistung übertragen, entfernt.
Die resultierenden Bandbreiten der Signale entsprechen so lediglich
den individuellen Bandbreiten der Teilsignale 10 und 11 aus 1. 2a and 2 B show off the ones from the filters 12 . 14 certain subband signals 1 generated output signals. The respective output signal is also displayed in the frequency domain. In 2a is the partial signal 16 represented, which the sub-signal 10 out 1 equivalent. In 2 B is the partial signal 17 represented, which the sub-signal 11 out 1 equivalent. It is clearly recognizable that the maximum frequency of the signals shown here 16 . 17 significantly less than the maximum frequency of the overall signal 1 is. A reduction of the sampling rate and thus the further processing effort is possible. Opposite the signal 1 In each case subband signals which transmit only very low power were removed. The resulting bandwidths of the signals thus correspond only to the individual bandwidths of the sub-signals 10 and 11 out 1 ,
In 3 wird
ein viertes beispielhaftes Signal dargestellt. Das breitbandige
Signal beinhaltet hier lediglich ein Teilsignal 24. Das
Teilsignal 24 wird dabei von mehreren Filtern 21, 22, 23 erfasst.
Es wird detektiert, dass es sich bei den von den Filtern 21, 22, 23 jeweils
erfassten Signalanteilen um ein gemeinsames Teilsignal 24 handelt.
Wie bereits anhand der 1, 2a und 2b dargestellt,
wird auch hier die Bandbreite des Gesamtsignals reduziert.In 3 a fourth exemplary signal is shown. The broadband signal here contains only a partial signal 24 , The partial signal 24 is used by several filters 21 . 22 . 23 detected. It is detected that it is from the filters 21 . 22 . 23 each detected signal components to a common sub-signal 24 is. As already on the basis of 1 . 2a and 2 B shown, the bandwidth of the overall signal is also reduced here.
Das
in 4 dargestellte beispielhafte Signal beinhaltet
ein Teilsignal 25. Es entspricht dem Teilsignal 24 aus 3.
Deutlich erkennbar ist hier, dass die höchste Frequenz
des Gesamtsignals gegenüber der 3 deutlich
gesunken ist. Eine Absenkung der Abtastrate ist auch hier möglich.This in 4 Illustrated exemplary signal includes a sub-signal 25 , It corresponds to the sub-signal 24 out 3 , Clearly recognizable here is that the highest frequency of the total signal compared to the 3 dropped significantly. A reduction of the sampling rate is also possible here.
Der
Einsatz unterschiedlicher Filterbreiten ist dabei möglich.
D. h. je nach gegenwärtig zu analysierendem Signal können
schmalbandigere oder breitbandigere Filter eingesetzt werden.Of the
Use of different filter widths is possible.
Ie. depending on the signal currently being analyzed
narrowband or broadband filters are used.
In 5 wird
ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt. Eine Signalanalyseeinrichtung 30 ist
mit einem Speicher 31 verbunden. Weiterhin ist sie mit
einer Detektionseinrichtung 34 verbunden. Der Speicher 31 ist weiterhin
mit einer Signalsyntheseeinrichtung 32 verbunden. Die Signalsyntheseeinrichtung 32 ist
weiterhin mit einer Verarbeitungseinrichtung 33 verbunden. Die Detektionseinrichtung 34 ist
weiterhin mit der Signalsyntheseeinrichtung 32 und der
Verarbeitungseinrichtung 33 verbunden.In 5 becomes a first embodiment the device of the invention shown. A signal analysis device 30 is with a memory 31 connected. Furthermore, it is with a detection device 34 connected. The memory 31 is still with a signal synthesizer 32 connected. The signal synthesis device 32 is still with a processing facility 33 connected. The detection device 34 is still with the signal synthesizer 32 and the processing device 33 connected.
Ein
breitbandiges Signal X wird der Signalanalyseeinrichtung 30 zugeführt.
Es wird von dieser abgetastet und digitalisiert. Weiterhin wird
das Eingangssignal X in eine Vielzahl von Teilbandsignalen 35 aufgeteilt.
Die Teilbandsignale 35 werden dem Speicher 31 und
der Detektionseinrichtung 34 zugeführt. Der Speicher 31 speichert
die Teilbandsignale 35. Die Detektionseinrichtung 34 bestimmt,
welche Teilbandsignale 36 weiterverarbeitet werden sollen. Hierzu
beurteilt sie die Teilbandsignale 35 anhand bestimmter
Kriterien. So nutzt sie beispielsweise die Leistung der einzelnen
Teilbandsignale 35 als Kriterium. Teilbandsignale 36 mit
einer Leistung oberhalb einer bestimmten Schwelle werden weiterverarbeitet, während
Teilbandsignale mit einer Leistung unterhalb der Schwelle nicht
weiterverarbeitet werden. Die Detektionseinrichtung 34 leitet
Informationen die Teilbandsignale 35 und ihre Weiterverarbeitung
betreffend an die Signalsyntheseeinrichtung 32 und die Verarbeitungseinrichtung 33 weiter.
Entsprechend der Anweisung der Detektionseinrichtung 34 verarbeitet
die Signalsyntheseeinrichtung 32 die Teilbandsignale 36 weiter.
Hierzu liest die Signalsyntheseeinrichtung 32 lediglich
die weiterzuverarbeitenden Teilbandsignale 36 aus dem Speicher 31 aus.
Die weiterzuverarbeitenden Teilbandsignale 36 werden von
der Signalsyntheseeinrichtung zu einem gemeinsamen Ausgangssignal
Y(z) kombiniert. Dieses Ausgangssignal Y(z) wird an die Verarbeitungseinrichtung 33 weitergeleitet.
Die Verarbeitungseinrichtung 33 führt weitere
Analysen an dem digitalen Ausgangssignal Y(z) durch. So bestimmt
sie beispielsweise die genaue Frequenzverteilung des Signals.A broadband signal X is the signal analysis device 30 fed. It is scanned by this and digitized. Furthermore, the input signal X becomes a plurality of subband signals 35 divided up. The subband signals 35 be the memory 31 and the detection device 34 fed. The memory 31 stores the subband signals 35 , The detection device 34 determines which subband signals 36 should be further processed. For this purpose, it assesses the subband signals 35 based on certain criteria. For example, it uses the power of the individual subband signals 35 as a criterion. Sub-band signals 36 with a power above a certain threshold are processed further, while subband signals with a power below the threshold are not further processed. The detection device 34 forwards information the subband signals 35 and its further processing relating to the signal synthesis device 32 and the processing device 33 further. According to the instruction of the detection device 34 processes the signal synthesis device 32 the subband signals 36 further. For this purpose, the signal synthesis device reads 32 only the subband signals to be processed 36 from the store 31 out. The subband signals to be processed 36 are combined by the signal synthesizer into a common output signal Y (z). This output Y (z) is sent to the processor 33 forwarded. The processing device 33 performs further analyzes on the digital output signal Y (z). For example, it determines the exact frequency distribution of the signal.
6 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Hier wird ein Teil der Signalanalyseeinrichtung 30 aus 5 gezeigt.
Das Eingangssignal X aus 5 liegt hier bereits in abgetasteter
und digitalisierter Form X(z) vor. Die Vorrichtung beinhaltet mehrere
Verarbeitungszweige 40, 40a, 40b, 40c.
Jeder Verarbeitungszweig 40, 40a, 40b, 40c beinhaltet
einen Dezimierer 41, 41a, 41b, 41c und
einen Filter 42, 42a, 42b, 42c. Weiterhin
beinhaltet sie eine Transformationseinrichtung 43. Den
Verarbeitungszweigen 40, 40a, 40b, 40c wird
jeweils das digitalisierte Eingangssignal zugeführt. Dabei
wird dem ersten Verarbeitungszweig 40 das unmodifizierte
digitalisierte Eingangssignal zugeführt. Den weiteren Verarbeitungszweigen 40a, 40b, 40c werden
jeweils zeitverzögerte digitalisierte Eingangssignale zur
Verfügung gestellt. So wird der zweite Verarbeitungszweig 40a mit
dem um einen Abtastwert verzögerten digitalisierten Eingangssignal beaufschlagt.
So wird jeder weitere Verarbeitungszweig mit einer jeweils um einen
Abtastwert ansteigenden Zeitverzögerung im Eingangssignal
beaufschlagt. 6 shows a second embodiment of the device according to the invention. Here is part of the signal analysis device 30 out 5 shown. The input signal X off 5 is already present in scanned and digitized form X (z). The device includes multiple processing branches 40 . 40a . 40b . 40c , Each processing branch 40 . 40a . 40b . 40c includes a decimator 41 . 41a . 41b . 41c and a filter 42 . 42a . 42b . 42c , Furthermore, it includes a transformation device 43 , The processing branches 40 . 40a . 40b . 40c in each case the digitized input signal is supplied. In this case, the first processing branch 40 fed the unmodified digitized input signal. The other processing branches 40a . 40b . 40c In each case time-delayed digitized input signals are made available. This becomes the second processing branch 40a subjected to the one-sample delayed digitized input signal. Thus, each further processing branch is supplied with a time delay increasing in the input signal by one sample at a time.
Die
Ausgangssignale der Filter 42, 42a, 42b, 42c werden
der Transformationseinrichtung 43 zugeführt. Die
Transformationseinrichtung 43 führt eine Transformation
der eingegebenen Signale durch. Beispielsweise wird eine inverse
diskrete Fourier-Transformation durchgeführt. Hierzu ist
eine Vielzahl von Berechnungen notwendig. Diese werden für die
einzelnen Teilbandsignale parallel durchgeführt. Die Transformationseinrichtung 43 gibt
als Ausgangssignal mehrere Teilbandsignale X0(z),
X1(z), ..., XM-2(z),
XM-1(z) aus. Diese Signale entsprechen jeweils
einem Frequenzband des Eingangssignals X(z). Wie anhand von 5 dargestellt,
werden diese Signale der Detektionseinrichtung 34 zugeführt. Die
Verarbeitungszweige 40, 40a, 40b, 40c und
die Transformationseinrichtung 43 bilden dabei zusammen
eine Polyphasenfilterbank.The output signals of the filters 42 . 42a . 42b . 42c become the transformation facility 43 fed. The transformation device 43 performs a transformation of the input signals. For example, an inverse discrete Fourier transformation is performed. This requires a large number of calculations. These are performed in parallel for the individual subband signals. The transformation device 43 outputs as output signal a plurality of subband signals X 0 (z), X 1 (z), ..., X M-2 (z), X M-1 (z). These signals each correspond to a frequency band of the input signal X (z). As based on 5 represented, these signals of the detection device 34 fed. The processing branches 40 . 40a . 40b . 40c and the transformation device 43 together form a polyphase filter bank.
7 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Hier dargestellt wird ein Teil der Signalsyntheseeinrichtung 32 aus 5.
Die Vorrichtung verfügt über eine Transformationseinrichtung 51 und
mehrere Verarbeitungszweige 50, 50a, 50b, 50c.
Jeder Verarbeitungszweig 50, 50a, 50b, 50c verfügt über
einen Filter 52, 52a, 52b, 52c und
eine Abtastratenerhöhungseinrichtung 53, 53a, 53b, 53c.
Von der Detektionseinrichtung 34 aus 5 wurde
zumindest ein Teilbandsignal Y0(z), Y1(z), ..., YN-2(z),
YN-1(z) aus den Teilbandsignalen X0(z), X1(z), ...,
XM-2(z), XM-1(z)
aus 6 ausgewählt. Sie werden der Transformationseinrichtung 51 zugeführt.
Die Transformationseinrichtung 51 führt eine Transformation,
beispielsweise eine diskrete Fourier-Transformation durch und leitet
resultierende Signale weiter an die Verarbeitungszweige 50, 50a, 50b, 50c.
Die Verarbeitungszweige 50, 50a, 50b, 50c und
die Transformationseinrichtung 51 bilden dabei zusammen
eine Polyphasenfilterbank. Die Transformationseinrichtung 51 verarbeitet
dabei die jeweils ausgewählten Teilbandsignale parallel.
Sollen mehrere unterschiedliche Teilsignale 10, 11 aus 1 verarbeitet
werden, werden diese nacheinander verarbeitet. Überlappen
die Teilsignale nicht, so verbleibt die Verarbeitungszeit unabhängig
von der jeweiligen Anzahl ausgewählter Teilbandsignale
so stets unterhalb einer maximalen Verarbeitungszeit Tmax. 7 shows a third embodiment of the device according to the invention. Shown here is a part of the signal synthesis device 32 out 5 , The device has a transformation device 51 and several processing branches 50 . 50a . 50b . 50c , Each processing branch 50 . 50a . 50b . 50c has a filter 52 . 52a . 52b . 52c and a sample rate enhancement device 53 . 53a . 53b . 53c , From the detection device 34 out 5 At least one subband signal Y 0 (z), Y 1 (z),..., Y N-2 (z), Y N-1 (z) has been obtained from the subband signals X 0 (z), X 1 (z), ..., X M-2 (z), X M-1 (z) 6 selected. They become the transformation facility 51 fed. The transformation device 51 performs a transformation, such as a discrete Fourier transform, and passes resulting signals to the processing branches 50 . 50a . 50b . 50c , The processing branches 50 . 50a . 50b . 50c and the transformation device 51 together form a polyphase filter bank. The transformation device 51 processes the selected subband signals in parallel. Should several different partial signals 10 . 11 out 1 are processed, they are processed one after the other. If the partial signals do not overlap, the processing time always remains below a maximum processing time T max, irrespective of the respective number of selected subband signals.
Jedes
Ausgangssignal der Transformationseinrichtung 51 wird dabei
zunächst von einem Filter 52, 52a, 52b, 52c verarbeitet.
Anschließend wird jedes gefilterte Signal jeweils einer
Abtastratenerhöhungseinrichtung 53, 53a, 53b, 53c zugeführt.
Diese erhöht die Abtastrate des jeweiligen Signals. Dies
geschieht z. B. durch Zero-Stuffing. D. h. zwischen bereits vorhandene
Abtastwerte werden zusätzliche Abtastwerte mit dem Wert
0 eingefügt. Die Signale der einzelnen Verarbeitungszweige 50, 50a, 50b, 50c werden
anschließend zu einem gemeinsamen Ausgangssignal Y(z) zusammengefasst.
Dies geschieht dergestalt, dass das Signal des ersten Verarbeitungszweigs 50 direkt
dem Ausgangssignal Y(z) zugeführt wird. Die Signale der
weiteren Verarbeitungszweige 50a, 50b, 50c sind
gegenüber dem Signal des vorherigen Verarbeitungszweigs
verzögert. Die Verzögerung steigt dabei mit der
Signalnummer an. D. h. der zweite Verarbeitungszweig 50a ist
um einen Abtastwert verzögert gegenüber dem ersten Verarbeitungszweig 50.
Ein hier nicht dargestellter dritter Verarbeitungszweig wäre
um zwei Abtastwerte verzögert.Each output of the transformation device 51 This is initially done by a filter 52 . 52a . 52b . 52c processed. Subsequently, will each filtered signal in each case a sampling rate increase means 53 . 53a . 53b . 53c fed. This increases the sampling rate of the respective signal. This happens z. By zero-stuffing. Ie. between already existing samples, additional samples with the value 0 are inserted. The signals of the individual processing branches 50 . 50a . 50b . 50c are then combined to form a common output signal Y (z). This is done in such a way that the signal of the first processing branch 50 is supplied directly to the output signal Y (z). The signals of the other processing branches 50a . 50b . 50c are delayed from the signal of the previous processing branch. The delay increases with the signal number. Ie. the second processing branch 50a is delayed by one sample from the first processing branch 50 , A third processing branch, not shown here, would be delayed by two samples.
Das
resultierende Ausgangssignal Y(z) entspricht einer Kombination der
von der Detektionseinrichtung 34 aus 5 ausgewählten
Teilbandsignale in einem gemeinsamen Signal. Dabei sind die Teilbandsignale
in ihrer spektralen Position z. T. verschoben. Das Ausgangssignal
Y(z) verfügt über eine Bandbreite von höchstens
der Bandbreite des Eingangssignals X(z) aus 6. Dieser
Fall tritt lediglich ein, wenn sämtliche Teilbandsignale
X0(z), X1(z), ..., XM-2(z), XM-1(z) von
der Detektionseinrichtung 34 aus 5 ausgewählt
wurden. Wurde eine geringere Anzahl von Teilbandsignalen, z. B.
X1(z) und X2(z)
ausgewählt, so ergibt sich eine geringere Bandbreite des Ausgangssignals
Y(z). Auf Möglichkeiten der Auswahl von Teilbandsignalen
wird anhand von 9 näher eingegangen.The resulting output signal Y (z) corresponds to a combination of those of the detection device 34 out 5 selected subband signals in a common signal. The subband signals in their spectral position z. T. postponed. The output signal Y (z) has a bandwidth of at most the bandwidth of the input signal X (z) 6 , This case only occurs when all the subband signals X 0 (z), X 1 (z), ..., X M-2 (z), X M-1 (z) from the detection device 34 out 5 were selected. Was a smaller number of subband signals, z. B. X 1 (z) and X 2 (z) is selected, the result is a lower bandwidth of the output signal Y (z). On possibilities of selection of subband signals is based on 9 discussed in more detail.
8 zeigt
die Bandbreite und den Verarbeitungszeitbedarf mehrerer beispielhafter
Signale in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Auf der linken Seite des Diagramms ist der Bandbreitenbedarf mehrerer
untereinander angeordneter Beispielfälle gezeigt. Auf der
rechten Seite des Diagramms ist die Verarbeitungszeit zur Verarbeitung
der einzelnen Signale gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel
wird das breitbandige Eingangssignal stets in M = 8 Teilbandsignale
identischer Bandbreite zerlegt. Eine Zerlegung in Teilbandsignale
unterschiedlicher Bandbreite ist ebenfalls denkbar. Im ersten Beispiel 70 besteht
das breitbandige Eingangssignal aus einem einzelnen Teilsignal 80.
Das Teilsignal 80 verfügt über die Bandbreite
B1 = Bmax/1. Zur
Verarbeitung dieses Teilsignals 80 ist die Zeit T1 = Tmax/1. D. h.
es werden sämtliche N = 8 Teilbandsignale zu einem gemeinsamen
Ausgangssignal zusammengefasst. 8th shows the bandwidth and processing time requirements of several exemplary signals in one embodiment of the inventive apparatus. On the left side of the diagram, the bandwidth requirement of several example cases arranged one below the other is shown. On the right side of the diagram, the processing time for processing the individual signals is shown. In this embodiment, the wideband input signal is always decomposed into M = 8 subband signals of identical bandwidth. A decomposition into subband signals of different bandwidth is also conceivable. In the first example 70 the broadband input signal consists of a single partial signal 80 , The partial signal 80 has the bandwidth B 1 = B max / 1. For processing this partial signal 80 is the time T 1 = T max / 1. Ie. All N = 8 subband signals are combined to form a common output signal.
Im
zweiten Beispiel 71 besteht das breitbandige Eingangssignal
aus zwei Teilsignalen 81, 82. Beide Teilsignale
nehmen jeweils die Hälfte der Bandbreite ein. Das erste
Teilsignal 81 verfügt über die Bandbreite
B2 = Bmax/2. Die
Bandbreite des zweiten Teilsignals 82 beträgt
B3 = Bmax/2. Zur
Verarbeitung dieser beiden Teilsignale 81, 82 wird
die Zeit T = T1 + T2 =
Tmax/2 + Tmax/2
benötigt. Dabei werden jeweils N = 4 Teilbandsignale zusammengefasst.
Es werden somit nacheinander zwei Ausgangssignale erzeugt. Das erste
Ausgangssignal beinhaltet das Teilsignale 81, das zweite
Ausgangssignal beinhaltet das Ausgangssignal 82.In the second example 71 the broadband input signal consists of two partial signals 81 . 82 , Both sub-signals each occupy half the bandwidth. The first partial signal 81 has the bandwidth B 2 = B max / 2. The bandwidth of the second sub-signal 82 B 3 = B max / 2. For processing these two sub-signals 81 . 82 the time T = T 1 + T 2 = T max / 2 + T max / 2 is required. In each case N = 4 subband signals are combined. Thus, two output signals are successively generated. The first output signal contains the sub-signals 81 , the second output signal contains the output signal 82 ,
Im
dritten Beispiel 72 beinhaltet das breitbandige Eingangssignal
ein erstes Teilsignal 83 von geringer Frequenz und ein
zweites Teilsignal 84 höherer Frequenz. Das erste
Teilsignal 83 umfasst dabei lediglich eine geringe Bandbreite
B4 = Bmax/4, während das
zweite Teilsignal 84 über eine größere
Bandbreite B5 = Bmax/2
verfügt. Zur Verarbeitung der Teilsignale 83, 84 wird
die Zeit T = T4 + T5 =
Tmax/4 + Tmax/2
benötigt. Es werden erneut nacheinander zwei Ausgangssignale
erzeugt. Ein erstes Ausgangssignal beinhaltet das Teilsignal. 83.
Ein zweites Ausgangssignal beinhaltet das Teilsignal 84.In the third example 72 The broadband input signal includes a first sub-signal 83 of low frequency and a second partial signal 84 higher frequency. The first partial signal 83 in this case comprises only a small bandwidth B 4 = B max / 4, while the second sub-signal 84 has a larger bandwidth B 5 = B max / 2. For processing the partial signals 83 . 84 the time T = T 4 + T 5 = T max / 4 + T max / 2 is required. Two output signals are generated again one after the other. A first output signal contains the sub-signal. 83 , A second output signal contains the sub-signal 84 ,
Im
Beispiel 73 beinhaltet das breitbandige Eingangssignal
zwei spektral überlappende Teilsignale 85, 86.
Das Teilsignal 85 weist die Bandbreite B6 =
Bmax/2 auf. Das Teilsignal 86 weist
die Bandbreite B7 = Bmax/2
auf. Zur Verarbeitung werden die entsprechenden Teilbandsignale
herausgegriffen und erneut kombiniert. D. h. die zur Abbildung des
Teilsignals 85 benötigten Teilbandsignale werden
zunächst verarbeitet. Die Anzahl der hierfür notwendigen
Teilbandsignale beträgt N = 4. Zur Verarbeitung des Teilsignals 85 wird
die Zeit T6 = Tmax/2
benötigt. Anschließend werden die Teilbandsignale
zur Verarbeitung des Teilsignals 86 verarbeitet. Überlappende
Teilbandsignale werden dabei erneut verarbeitet. Es werden erneut
zwei Ausgangssignale nacheinander erzeugt. Ein erstes Ausgangssignal
beinhaltet das Teilsignal 85. Ein zweites Ausgangssignal
beinhaltet das Teilsignal 86. Hierbei ist ein Rückgriff
auf bereits durchgeführte Berechnungen aus der Verarbeitung des
Teilsignals 85 bei überlappenden Teilbandsignalen
möglich.For example 73 The broadband input signal contains two spectrally overlapping partial signals 85 . 86 , The partial signal 85 has the bandwidth B 6 = B max / 2. The partial signal 86 has the bandwidth B 7 = B max / 2. For processing, the corresponding subband signals are picked out and combined again. Ie. the for mapping the partial signal 85 required subband signals are first processed. The number of subband signals required for this purpose is N = 4. For processing the partial signal 85 the time T 6 = T max / 2 is required. Subsequently, the subband signals for processing the sub-signal 86 processed. Overlapping subband signals are processed again. Again two output signals are generated one after the other. A first output signal contains the sub-signal 85 , A second output signal contains the sub-signal 86 , Here is a recourse to already performed calculations from the processing of the partial signal 85 with overlapping subband signals possible.
Es
wird deutlich, dass unabhängig von der Anzahl der Teilsignale
innerhalb des breitbandigen Eingangssignals die Verarbeitungszeit
stets ein Maximum Tmax aufweist. Lediglich
bei überlappenden Teilsignalen kann sich eine höhere
Verarbeitungszeit ergeben. Es wird so eine sehr große Flexibilität
der Verarbeitung beliebiger Anzahlen unterschiedlicher Teilsignale
erreicht.It becomes clear that, irrespective of the number of partial signals within the broadband input signal, the processing time always has a maximum T max . Only overlapping partial signals can result in a higher processing time. It is thus achieved a very great flexibility of processing any number of different sub-signals.
In 9 wird
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einem Blockdiagramm gezeigt. In einem ersten Schritt 60 wird
eine Abtastung und Digitalisierung eines breitbandigen Eingangssignals
durchgeführt. In einem zweiten Schritt 61 wird
das digitalisierte Breitbandsignal in mehrere Teilbandsignale aufgespalten.
Die Teilbandsignale sind dabei in einem regelmäßigen
Frequenzraster angeordnet. D. h. sie weisen eine einheitliche Bandbreite
auf. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weisen die
Teilbandsignale unterschiedliche Bandbreiten auf.In 9 an embodiment of the method according to the invention is shown in a block diagram. In a first step 60 is a sampling and digitization of a broadband Input signal performed. In a second step 61 the digitized wideband signal is split into a plurality of subband signals. The subband signals are arranged in a regular frequency grid. Ie. they have a uniform bandwidth. In an alternative embodiment, the subband signals have different bandwidths.
In
einem dritten Schritt 62 werden die mehreren Teilbandsignale
anhand bestimmter Kriterien, z. B. ihrer Leistung, selektiert. Es
wird zumindest ein Teilbandsignal ausgewählt, welches in
einem vierten Schritt 63 zu einem Ausgangssignal umgeformt
wird. Wurde lediglich ein einzelnes Teilbandsignal ausgewählt,
so wird dieses in einen geeigneten Frequenzbereich transformiert.
Die Gesamtbandbreite des Ausgangssignals wird dabei geringer als
die Gesamtbandbreite des Eingangssignals, sofern nicht sämtliche
Teilbandsignale weiterverarbeitet werden. Wurden im dritten Schritt 62 Signale
detektiert, welche sich über mehrere Teilbandsignale erstrecken,
so werden die benachbarten Teilbandsignale im vierten Schritt 63 weiterhin
in derselben Anordnung in das Ausgangssignal übernommen.In a third step 62 be the multiple subband signals based on certain criteria, eg. B. their performance selected. At least one subband signal is selected, which in a fourth step 63 is converted to an output signal. If only a single subband signal has been selected, this is transformed into a suitable frequency range. The total bandwidth of the output signal is less than the total bandwidth of the input signal, unless all subband signals are processed further. Were in the third step 62 Detects signals which extend over a plurality of subband signals, the adjacent subband signals in the fourth step 63 continue to be taken in the same order in the output signal.
Durch
die Reduktion der Bandbreite des Ausgangssignals gegenüber
dem breitbandigen Eingangssignal ist weiterhin eine geringere Abtastrate notwendig.
Als Teil des vierten Schritts 63 wird die Abtastrate auf
die benötigte Abtastrate, d. h. zumindest die doppelte
vorkommende Frequenz, reduziert. Durch Verwendung einer höheren
Abtastrate, z. B. die vierfache vorkommende Frequenz, wird eine
einfache Weiterverarbeitung gewährleistet. In einem fünften
Schritt 64 wird das resultierende Signal weiterverarbeitet.
Dabei werden z. B. die Spektren der einzelnen im dritten Schritt 62 detektierten
Signale bestimmt.By reducing the bandwidth of the output signal compared to the broadband input signal, a lower sampling rate is still necessary. As part of the fourth step 63 the sampling rate is reduced to the required sampling rate, ie at least twice the frequency occurring. By using a higher sampling rate, e.g. B. four times occurring frequency, a simple processing is guaranteed. In a fifth step 64 the resulting signal is processed further. This z. B. the spectra of the individual in the third step 62 detected signals determined.
Wurden
im dritten Schritt 62 mehrere unabhängige Teilsignale
selektiert, so werden der vierte Schritt 63 und der fünfte
Schritt 64 für diese nacheinander wiederholt.Were in the third step 62 selects several independent sub-signals, then the fourth step 63 and the fifth step 64 repeated for each one in turn.
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So können beliebige Anzahlen von Teilbandsignalen
verarbeitet werden. Auch die Erzeugung mehrerer unterschiedlicher Ausgangssignale
ist möglich. Die Anwendung abweichender Kriterien zur Detektion
der weiterzuverarbeitenden Teilbandsignale ist ebenfalls möglich.
Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten
Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander
kombinierbar.The
Invention is not limited to the illustrated embodiments
limited. So can any numbers of subband signals
are processed. Also the generation of several different output signals
is possible. The application of deviating criteria for detection
the further processing subband signals is also possible.
All features described above or shown in the figures
Features are within the scope of the invention arbitrarily advantageous to each other
combined.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 10113878
A1 [0003] - DE 10113878 A1 [0003]